Kustības sensoru tehnoloģijas potenciāls viedajām ielu apgaismojuma sistēmām

1
Ansis.avotins@rtu.lv
Kustības sensoru tehnoloģijas
potenciāls viedajām ielu
apgaismojuma sistēmām
RTU pētnieks un Laboratoriju vadītājs
Ansis Avotiņš
27.11.2019., Jūrmala, Elektrum Energoefektivitātes Centrs
Enerģētikas un Elektrotehnikas fakultāte
Industriālās Elektronikas un Elektrotehnikas institūts
LATEA valdes loceklis

22
 Kas ir viedās apgaismojuma
sistēmas?
 Kas ir energoefektīvs?
Ievads
Rīgas Tehniskā universitāte

33
Vai šis ir energoefektīvs?
Dimmed to 4W, deg no
1901.gada
2007/2012.
MIT and Purdue University
11.01.2016. [n=6,6% no 40%] (LED ir 5-20%)
Two-stage
incandescent
“light recycling”

44
Apgaismojuma efektivitāte
0,1 16 93 70 300 54,64 122,94
683 683 683 683
400
136,6 136,6
0
100
200
300
400
500
600
700
eļļas lampa
(15k p.m.ē.)
kvēlspuldze
(19.gs.)
Saule gāzizlādes
spuldze
(20.gs.)
LED
(21.gs.)
OLED
(21.gs.)
QLED
(21.gs.)
lm/W reālāefektivitāte teor.Max
0.015% 2.34% 14% 10.3% 44% 8% 18%
avota efektivitāte (%)attiecībā pret teorētisko maksimumu (683 lm/W pie 557 nm)
Dažādu gaismas avotu gaismas atdeves efektivitāšu salīdzinājums 4
557nm = zaļais spektrs

55
Apgaismojuma efektivitāte

66
Efektivitāte ir parametru
kompromiss
 Gaismekļa efektivitāte (Lm/W)
 Kalpošanas ilgums (h)
 Gaismas krāsa to un CRI
 Optika ielu profilam (lēcas utt)
 Gaismekļa korpuss (IP, IK)
 Barošanas bloka kvalitāte un dimmēšana
Visi šie parametri
ietekmē viens otru un
tas ir liels izaicinājums
gaismekļu ražotājiem
iegūt optimālo
risinājumu @ labāko
cenu
gaismas avota (LED kristāls) (1),
reflektora (2),
balasta/barošanas avota (3),
lēcas (4),
radiatora/dzesēšanas sistēmas (5),
korpusa (6),
stiprinājuma pie apgaismojuma balsta (kronšteins) (7)
un dažādi sensori (8).
attēls: LITES projekts

77
Kas ir ielu apgaismojuma
sistēma?
Gaismas avots Optika
Luminary
siltums gaisma
Barošanas
avots (balasts) Vadības sistēma
Zudumi
elektrība siltums
Ietapījumi
ON/OFF
dimming
elektrība
Elementi
1) Gaismas avots (nevis spuldze vai lampa)
2) Gaismeklis (lampa)
3) Apgaismes balsts (stabs)
4) Pievads
5) Automātslēdži
6) Maģistrālie tīkli
7) Balsta pagarinājums (konsole, kronšteins...) u.c.
+ centralizēta / decentralizēta vadības sistēma ar
sensoriem

88
Klasifikācija un sistēmu
arhitektūras
Apgaismojuma sistēmas
Bez vadības
Esošās (AC) Viedās (AC / DC)
Radio /GSM / kabelis
Centralizēta vadība kustības sensori
Individuāls IKT mezgls
Kalendārais grafiks
Laika relejs
Decentralizēta vadība
ON/OFF slēdzis
Krēslas slēdzis
Speciāla programmatūra
PLC / Radio / GSM / ZigBee
Centralizēta vadība
Integrēti AEA
Autonomās (DC)
Notikumu žurnāls
Patēriņa monitorings
Bez vadības
Krēslas slēdzis
Vēja enerģija
Saules enerģija
Integrēti AEA
Enerģijas uzkrājēji
Vēja enerģija
Saules enerģija
Sensori Iekšēja loģika
Speciāla / WEB programmatūra
Notikumu žurnāls
Segmentēts/
individuāls
Apakštacijas
līmenis
Control
signal
Main control system
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
with ACS
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
with ACS
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
with ACS
a
b
c
feedback
connection
luminary
LED Driver
AC
DC
LED luminary
230VAC
Vecā Rīgas sistēma ar
radiofrekvenci
Main control system
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
with ACS
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
w/o ACS
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
w/o ACS
a
b c
feedbackControl
signal
connection
luminary
Electric cabinet
w/o ACS
Vecā Rīgas sistēma ar radiofrekvenci un
kabeli

99
Rīgas Gaismas kalendārais
grafiks

1010
Klasifikācija un sistēmu
arhitektūras
Apgaismojuma sistēmas
Bez vadības
Esošās (AC) Viedās (AC / DC)
Radio /GSM / kabelis
Centralizēta vadība kustības sensori
Individuāls IKT mezgls
Laika relejs
Decentralizēta vadība
ON/OFF slēdzis
Krēslas slēdzis
Speciāla programmatūra
PLC / Radio / GSM / ZigBee
Centralizēta vadība
Integrēti AEA
Autonomās (DC)
Notikumu žurnāls
Bez vadības
Krēslas slēdzis
Vēja enerģija
Saules enerģija
Integrēti AEA
Vēja enerģija
Saules enerģija
Sensori Iekšēja loģika
Speciāla / WEB programmatūra
Notikumu žurnāls
Segmentēts/
individuāls
Apakštacijas
līmenis
LED + Vadības
mezgls ar
komunikāciju +
sensors
LED Driver
AC
DC
230VAC
Control node230VAC
0-10V, PWM, DALI
LED luminary
0.4 kV
TRAFO
Electric cabinet
with ACS
PLRouter
N N N N
Internet
network
Electric cabinet
RF/PLC
Gateway
Internet
interface
LED Driver
AC
DC
230VAC
Control node230VAC
0-10V, PWM, DALI
LED luminary
PLC
Remote
management
LED + Vadības mezgls ar komunikāciju
Internet
network
Electric cabinet
RF/PLC
Gateway
Internet
interface
sensor
LED Driver
AC
DC
Control node230VAC
0-10V, PWM, DALI
LED luminary
24VDC
PLC
Remote
management
LED ar integrētu vadības mezglu un komunikāciju + sensors
Internet
network
Electric cabinet
RF/PLC
Gateway
Internet
interface
sensor
LED Driver
AC
DC
230VAC
Control node230VAC
0-10V, PWM, DALI
LED luminary
24VDC
PLC
Remote
management

1111
Kāpēc nepieciešamas viedās
vadības sistēmas?
 Dažādi apsaimniekotāji un intereses – dažādi ON/OFF režīmi
 Dažādi apgaismojuma tipi – publiskais, reklāmas, dekoratīvais…
 Dažādas funkcijas un pielietojumi
 Mazas, vidējas un lielas sistēmas – dažādi kombinēti scenāriji
iespējami
 Viedās Pilsētas – jaunas funkcijas – labāk izmantota infrastruktūra
+
 Liels elektroenerģijas patēriņš – samazināt izmaksas
 ON/OFF problēma, attālināta vadība, u.c. - samazināt izmaksas
 Apkope un uzturēšana - samazināt izmaksas
 LED tehnoloģijas atļauj regulēt apgaismojumu pilnā diapazonā!!!
+
 Kustību sensori – nodrošina decentralizētu vadības funkciju un
maksimālu energoefektivitāti vienlaicīgi arī maksimālo kvalitāti

1212
Apgaismojuma vadības
sistēma
Lighting
system
hardware
Datatransfer/
Low-level
software
Hi-level
software
Hardware / Parametri /
inženieris /
uzstādījumi
Komunikācija / datu
ievade
Datu apstrāde
/Trauksmes /Analītika /
lietotāju līmeņi

1313
Komunikācijas mezgls
atsevišķs
230VAC
ACinACout
to
AUX
output
Lm
M1M2
ZCM
input
2
PSU
1
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
DIM
+ - GND
input
230VAC
ACinACout
to
AUX
output
LmM1
input
2
PSU
1
ZCM-C
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
DIM

1414
Komunikācijas mezgls
iebūvēts barošanas blokā

1515
Ielu kustības sensoru piemēri
Steinel IS3180PF Sensor MICAS AUTOLIGHTxs
@ 5,8GHz (Aveiro)
Bosch TriTech® DS720i
Bosch TriTech® OD850
PYR Mikroviļņu / radara tipa
230VAC
230VAC
9-15VDC
Releja mūžs = 10k…20k reizes
Labāk komutēt vājstrāvas signālu

1616
Citi sensoru veidi
Kustības
sensora
tips 
Video
Termālā attēlu
apstrāde
Radara
(mikroviļņu)
Infrasarkanā Akustiskā Magnētiskā Induktīvās cilpas
detects the
change in the
Earth’s magnetic
field

1717
Ierobežojumi:
– Sensoru skaits, kas pievienots 1am gaismeklim ne vairāk kā
20gb
– Tīkla maksimālais moduļu skaits ne vairāk kā 100 gb.
Komunikāciju antenas
18dB 2.4GHz Yagi Antenna
2dB 2,4GHz antenna
2,4GHz 8dB IP67 antenna
2,4GHz 2dB IP67 antenna

1818
Apgaismojuma kvalitātes
novērtēšanas parametri:
b) mainīgs balstu attālums
a) vienās balstu attālums
Nepieciešamās
vērtības
Lav [cd/m²] U0 Ul TI [%] SR
klasei ME1 ≥2,0 ≥0,4 ≥0,7 ≤10 ≥0,5
klasei ME2 ≥1,5 ≥0,4 ≥0,7 ≤10 ≥0,5
klasei ME3a ≥1,0 ≥0,4 ≥0,7 ≤15 ≥0,5
klasei ME3b ≥1,0 ≥0,4 ≥0,6 ≤15 ≥0,5
klasei ME3c ≥1,0 ≥0,4 ≥0,5 ≤15 ≥0,5
klasei ME4a ≥0,75 ≥0,4 ≥0,6 ≤15 ≥0,5
klasei ME4b ≥0,75 ≥0,4 ≥0,5 ≤15 ≥0,5
klasei ME5 ≥ 0.50 ≥ 0.35 ≥ 0.40 ≤ 15 ≥ 0.50
klasei ME6 ≥0,3 ≥0,35 ≥0,4 ≤15 –
7 7 7 7
77
8 8
8
8
8
8
8
8 8
88
9
99
9
9
33.00 m0.00
7.90 m
0.00
DiaLux aprēķinu programmas luksu sadalījuma diagramma ielas profilam
LVS EN 13201-2:2004 „Ielu un ceļu apgaisme –2.daļa: Veiktspējas prasības”

1919
4 laika zonas (standartā) 2
Jaunais standarts: EN13201 part 1 LVS CEN/TR 13201-1:2015
LVS CEN/TR 13201-1:2015 „Ceļu apgaisme –1.daļa: Apgaismes klases izvēlei”
𝑴 = 𝟔 − 𝑽𝑾𝑺 kur VWS ir svērtā vērtība, ja tā ir <0, tad izmanto «0»
Kritērijs Iespējas Apraksts* Svērtā vērtība VWS ∆t1 ∆t2 ∆t3 ∆t4
Satiksmes
mezglu
blīvums
Krustošanās / km Pārlaidumi,
attālums starp
tiltiem, km
Augsts > 3 < 3 1 1 1 1 1
Vidējs ≤ 3 ≥ 3 0
Novietoti
transportlīdz
ekļi
Jā 1
Nē 0 0 0 0 0
Apkārtējā
gaisma
Augsta Veikalu skatlogi, reklāmas, sporta laukumi,
pieturu apgaismojums u.c. 1
1 1 1 1
Vidēja Normāla situācija 0
Zema - 1
Navigācijas
sarežģītība
Ļoti sarežģīta 2
Sarežģīta 1
Viegla 0 0 0 0 0
* Aprakstā lietotās vērtības ir piemērs. Jebkāda precīzāku vai atbilstošāku vērtību piemērošana nacionālā līmenī var tikt izmantota.

2020
4 laika zonas (standartā)
Jaunais standarts: EN13201 part 1 LVS CEN/TR 13201-1:2015
LVS CEN/TR 13201-1:2015 „Ceļu apgaisme –1.daļa: Apgaismes klases izvēlei”
Kritērijs Iespējas Apraksts* Svērtā vērtība VWS ∆t1 ∆t2 ∆t3 ∆t4
Ātruma
ierobežojums
Ļoti augstas v ≥ 100 km/h 2
Augstas 70 < v < 100 km/h 1 1 1 1 1
Vidējas 40 < v ≤ 70 km/h -1
Zemas v ≤ 40 km/h -2
Satiksmes
intensitāte
(% no
maksimālās
kapacitātes)
Automaģistrāles,
vairākjoslu ceļi
Divu joslu ceļi
Augsta > 65% > 45% 1 1 1
Vidēja 35% - 65% 15% - 45% 0 0
Zema < 35% < 15% -1 -1
Satiksmes
sastāvs
Jaukts ar lielu daļu
nemotorizētu
dalībnieku
2
Jaukts 1
Tikai motorizēts 0 0 0 0 0
Atdalītas
brauktuves
Nē 1
Jā 0 0 0 0 0
ME klase 2 3 4 2
𝑀 = 6 − 𝑉𝑊𝑆 kur VWS ir svērtā vērtība

2121
Uzstādījumi (konfigurācija)
hardware+softs
Light
output
MAX
MIN
T1
0
time
Night time
T2 T3 T4 T5 T6
Sensor 2
Sensor 1
Light output L1
OFF
ON
OFF
ON
MAX
MIN
t1
tON
t2
0
1PSU
Gaismekļa dimmēšanas profili
LED gaismekļa diennakts On/Off
profili
ME1
ME6

2222
LITES pieredze

2323
Rīgas Pilotvieta
THORN Dyana with dimming capacities
Type of luminaires & lamps
Dyana
LED 56W
LED 95W
Total installed power (W) 1 864
LITES
system
Type of luminaires & lamps
Malaga
HPS 100W
HPS 150W
Total installed power (W) 3 450
Old
system
LITES system:
54% less installed power
Luminary
power
Installed
luminaries
Total installed
power
Additional 65 W 3 pcs 195 W
Additional 95 W 1 pcs 95 W
In total: 2215 W

2424
Rīgas Pilotvieta

2525
Sensoru uzstādīšanas
piemēri
L3
N
L1
L2
PE
Lmax=4.5m
Lmax=9m
h=5 (6, 7, 8) m
ON
OFF
kWh
S1
S2
L1
L2
S1
S2
L1
L2
L2=N
h=4 (5) m
AMKA
L3
N
L1
L2
PE
H=8...10m
S1
S2
L1
L2
Lmax=4.5m
S1
S2
L1
L2
Lmax=9m

2626
hardware+softs
R2Network_v1.xml
– configuration of
R2 network

2727
hardware+softs
Sensor parameter configuration profile
R2Config95W
Sensor parameter configuration profile
R2Config95W

2828
Rīgas Pilotvieta
Old system
(simulation road R2)
Eav= 14 lx
U = 0,46
LITES system
(measurements road R2)
In LITES system:
20% higher illuminance
@ full power
Better uniformity
Eav= 16,7 lx
U = 0,63
Eav= 4,7 lx
U = 0,61

2929
Rīgas Pilotvieta
• LITES system consumption for the
recording period is 2,427 MWh
against a project consumption of
9,210 MWh for the old HPS system.
• The energy saving is 6,78 MWh or
73,6%.
• The average annual per pole saving is
then equal to 296 kWh
• Annual CO2 savings per LITES pole
are equal to 34 kg/pole (1,5 tn of CO2
for the full LITES pilot site).

3030
SAVAS pieredze – Dienvidu tilts - izpēte
Schreder ONYX2 (reflector #1419) 250W HPS
LVS EN13201 pirmā daļa LVS CEN/TR
13201-1:2015
Values Lav[cd/m2
]
U0
Ul
TI[%]
SR
Calculated 2.21 0.57 0.74 10 0.52
Required ≥ 1.50 ≥ 0.40
≥
0.70
≤ 10
≥
0.50
ME2 klase

3131
Reālā satiksmes intensitāte
vs ME klases
0
1
2
3
4
5
6
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
M class count

3232
 Ar ekvivalentu LED gaismekli (Schreder Ampera Maxi)
Datu analīzes rezultāti
154W 117W 117W Gada patēriņš
M2 degšanas laiks (h) 3948.5167 608.0715718 kWh
M2,M3,M4 degšanas laiks (h) 453.9167 401.4833 3093.117 478.7713718 kWh
M2,M3,M4/M2= 0.78736
Potenciālais ietaupījums gadā: 21.26 %
Viena gaismekļa patēriņš atbilstoši apgaismes klasēm
 M2 klasei atbilst – 454 stundas (11.5%) no kopējā apgaismojuma degšanas laika
 M3 klasei atbilst – 401,5 (10.2%) stundas no apgaismojuma degšanas laika
 M4 klasei atbilst – 3093 (78.3%) stundas no apgaismojuma degšanas laika
Atbilstoši esošai ielu klases izvēles metodikai - laika vienībās 88.5% gadījumā ir
izvēlēta augstāka apgaismojuma klase, kā tas faktiski būtu nepieciešams.

3333
Ideja
 Divi PIR sensori ar ierobežotu kustības detektēšanas laukumu
SAVAS projekta PIR tipa sensors
Moving
object
PIR sensors
(a) Straight
placement
Detector Detector Detector
90° 135°
(b) Placement
at 90°
(b) Placement
at 135°

3434
Eksperimentu rezultāti
SAVAS projekta PIR tipa
sensors
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60
Measuredbydetectorspeed,Km/h
Specified object speed, Km/h
Straight positionData
Ideal
Average
Standard dev.
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
90°Series1
Ideal
Series3
Series4
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
135°Data
Ideal
Series3
Series4

3535
5G tehnoloģijas
Kā arī:
Low Power Wide Area (LPWA) networks such as Sigfox, LoRa, NB-
IoT and RPMA

3636
 Nepieciešams apzināt aktuālo situāciju Latvijā apgaismojuma sistēmās
 Nepieciešama pieredzes apmaiņa starp pašvaldībām
 Nepieciešami veiktspējas rādītāji / indikatori (gala lietotājam ko
monitorēt), tāds kā nozares barometrs
 Nepieciešams identificēt papildus funkcijas, ko var veikt apgaismojuma
infrastruktūra veicinot Viedās Pilsētas attīstību
 Dažādu sistēmu lietošana vienā pilsētā… var būt problemātiska
 Energoefektīvs ne vienmēr nozīmē kvalitatīvs apgaismojums
 Trūkst kvalitatīvu nozares materiālu / visa atbildība gulstas uz
pašvaldībām
Identificētās problēmas

37
Paldies par uzmanību!
“Jaunu Sensoru un vadības Algoritmu izstrāde Viedo
pilsēttehnoloģiju ielu Apgaismojuma Sistēmām (SAVAS)”
Vienošanās par projekta īstenošanu numurs:
1.1.1.1/16/A/261

Kustības sensoru tehnoloģijas potenciāls viedajām ielu apgaismojuma sistēmām

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à Kustības sensoru tehnoloģijas potenciāls viedajām ielu apgaismojuma sistēmām

Similaire à Kustības sensoru tehnoloģijas potenciāls viedajām ielu apgaismojuma sistēmām (20)

Plus de Elektrumlv

Plus de Elektrumlv (20)

Kustības sensoru tehnoloģijas potenciāls viedajām ielu apgaismojuma sistēmām